電廠取排水口溫升特性影響因素分析

李飛

中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司 山東 濟南 250000

引言

隨著經濟與科技的快速發(fā)展，電力工業(yè)在自身不斷發(fā)展的同時，也在為國民經濟的發(fā)展提供動力。由于直流冷卻的電廠成本相對較低，因此在沿?；蛩虺渥愕牡貐^(qū)，大部分電廠選擇將大量的熱水直接排放到附近的海洋或河流中，這不僅會提高水域內的水溫，影響水的質量和環(huán)境，同時對區(qū)域內的部分生物造成影響，產生嚴重的熱污染[1]。此外，電廠冷卻水的溫度過高對機組的效率也有直接的影響，而在相關研究中，關于電廠取排水口溫升特性影響因素的論述很少，因此本文進行了以下研究。

1 溫排水工作原理

由于大型發(fā)電廠通常使用海水或河水進行冷卻。這些大型發(fā)電廠的機器容量越大，發(fā)電廠越多，產生的熱水就越多。導致很大一部分用于冷卻完畢的溫水直接排入原生水域中。這種比周圍水體更高的溫度排放到海中或河中的水稱為溫排水。

溫排水的控制目標是排放溫度和排放量。通過調節(jié)預熱的熱水和冷水的混合比例來實現溫度控制。從傳感器測量點獲取溫度信號，并將其與設定溫度進行比較并進行計算。電腦發(fā)送信號控制調節(jié)閥門開度，實現電腦的自動穩(wěn)定溫度控制。溫度傳感器可以檢測到的溫度范圍是-10至85。選擇同一批溫度傳感器并檢查所有溫度計的溫度測量一致性，所有溫度傳感器的溫度測量精度可以達到0.1℃[2]?？梢酝瑫r測量每個點的水溫，并可以根據需要實現圖形和表格的傳輸、存儲、顯示和輸出。

2 模型建立

由于各種環(huán)境因素，實際的取水和排水工程有所不同。即使相同的進水方式和排水方式因環(huán)境差異而有所不同，影響進水溫度的參數之間也沒有固定的關系，實際情況只能通過實驗或模型進行模擬。

（1）模型。電廠冷卻液項目一般采用地表排水深度法。在理想水池的溫度和排水的數值模擬中，理想水池模型是矩形的水體，底部平坦。理想的模型是55公里長和18公里寬。模型由三個開放和陸地邊界組成，東，西和北是開放邊界，南邊界是陸地邊界，排放點源位于模型的中心。

（2）邊界控制。由于熱水排水模型需要模擬排水河流區(qū)域的局部水流和邊界條件，因此一般而言，局部通用模型的規(guī)模使模型盡可能大，從而使排水模型的水流結構相似且較小，因此要基于該模型，提高模型準確性和熱擴散相似性。同時，考慮到排水口上下游的潮汐和潮汐之間的距離，有必要確保潮汐在模型中來回流動時溫水來回流動，以避免在模型試驗中受不穩(wěn)定的邊界流干擾。

3 溫升特性影響因素分析

相關文獻中的研究表明，影響進水溫度進一步升高的主要因素是進水口邊界，電廠周圍的水面積，潮汐類型和季節(jié)因素的特征。

（1）流域深度。冷卻水排入水體后，經過多次潮汐循環(huán)，熱擴散穩(wěn)定，這取決于潮汐強度，水深和水體大小。但是，在相同的潮汐范圍內，隨著水深的增加，它對溫排水的對流和擴散具有積極作用，這有助于稀釋熱水。

（2）潮型水域。在不同潮汐型水動力條件下，電廠取水入口和排水出口的溫升取決于水動力速度場和溫度場。結合此模型，我們模擬了夏季排水出口附近的最大和平均溫度的上升。當潮汐發(fā)生時，排水管的最大溫升范圍都比平均溫升擴散范圍大得多。例如某沿海電廠溫排水時最大溫升擴散的方向主要是向西北和東南方向，垂直于海岸線的排水溝局部升高。平均氣溫上升為橢圓形，西北為長軸。當最大溫升范圍為2℃時，退潮期間出水口附近熱水區(qū)域的分布長度，寬度和溫升范圍區(qū)域大于春季潮汐時期[3]。在0.5℃的低溫范圍內，春季潮的溫升范圍明顯大于潮汐期的溫升范圍。由于強大的潮汐力以及高速和強烈的湍流，這有助于在水體中擴散。

（3）水量。當水量大時，沿海流量大并且水位高。因此，溫排水僅限于排入附近一定范圍內的沿海水流。在大流量情況下，溫熱排水不能有效地混合并且沒有時間冷卻，并且當溫熱排水沿水溫下降的過程混合時，熱水的擴散也與河流或海水的流量有關。在潮汐期間，河/海水流速越高，熱水擴散區(qū)越長，河/海水流速越低，熱水擴散區(qū)越短且越寬[4]。

（4）季節(jié)因素。水溫和其他氣候因素的季節(jié)性差異也會影響電廠進水口和出水口的溫度升高程度。因此，受季節(jié)影響較大的電廠可以進一步模擬溫度升高條件下的冬季潮汐。與夏季潮汐相似，冬季潮汐的最大上升和擴散主要集中在西北和東南部，平均溫度上升呈橢圓形，以西北為長軸。另外，如果冬天的水溫低，則進水溫度的升高幅度會增加，這可能會對發(fā)電廠的溫排水效率產生不利影響。

4 針對取排水口溫升特性的優(yōu)化建議

優(yōu)化冷卻水進行溫排水項目布局的重要指導思想是充分利用水溫，地形條件和水流能量特性，并最大程度地利用地勢，使得進排水之間存在空間差異，每個入口都有其流出的方式，以最小化它們之間的相互干擾。根據許多工程實踐證明，取排水方式采用分列式布局的通常用于單向流動通道，而差位式通常用于受潮汐影響的潮汐通道。重疊式投資少，操作管理方便，但對水體有一定的數量和深度要求，在溫差層水體中的應用效果較好。所以電廠進排水方式的選擇應根據項目的具體情況，并結合數學模型計算或物理模型試驗來確定。

5 結束語

研究影響出水口溫升特性的因素將有助于優(yōu)化進水口和排水口的位置。但是，由于每個發(fā)電廠的實際條件都不同，為了獲得最佳效果，您應充分利用自然條件和水流特性來布置進水口和出水口。